土力学与地基基础课程设计.docx
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土力学与地基基础课程设计
《土力学与地基基础》
课程设计
学生姓名:
指导教师:
高峰
学生班级:
10建工对口
设计时间:
2012年06月日
山西大同大学煤炭工程学院
设计所需数据
地基岩土物理学参数表1
土层编号
土的名称
重度
孔隙比e
液性指数
粘聚力c
内摩擦角
压缩模量
标准贯入锤击数N
承载力特征值
①
杂填土
18
--
--
--
--
--
--
--
②
粉质粘土
20
0.65
0.84
34
13
7.5
6
130
③
黏土
19.4
0.58
0.78
25
23
8.2
11
180
④
细砂
21
0.62
--
--
30
11.6
16
240
⑤
强风化砂质泥岩
22
--
--
--
--
18
22
300
柱网布置图
地基岩土物理力学参数表表2
地
层
代
号
土
名
天然地基土
重度(γ)
孔隙比
(e)
凝聚力
(c)
内摩
擦角
(Φ)
压缩
系数
(a1-2)
压缩
模量
(Es)
抗压
强度
(frk)
承载力特征值
(fak)
KN/m³
度
①
杂填土
18
②
粉质粘土
20
0.65
34
13
0.20
10.0
130
③
粘土
19
0.58
25
23
0.22
8.2
210
④
全风化砂质泥岩
20
22
30
0.8
230
⑤
强风化砂质泥岩
22
20
25
3.0
300
⑥
中风化砂质泥岩
24
15
40
4.0
620
柱底荷载标准值表3
题号
Fk(KN)
Mk(KN•m)
Vk(KN)
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
1
975
1548
1187
140
100
198
46
48
44
2
1032
1615
1252
164
125
221
55
60
52
3
1090
1730
1312
190
150
242
62
66
57
4
1150
1815
1370
210
175
271
71
73
67
5
1218
1873
1433
235
193
297
80
83
74
6
1282
1883
1496
257
218
325
86
90
83
7
1339
1970
1560
284
242
355
96
95
89
8
1402
2057
1618
231
266
377
102
104
98
9
1534
2140
1677
335
288
402
109
113
106
10
1598
2205
1727
365
309
428
120
117
114
柱底荷载效应基本组合设计值表3
题号
F(KN)
M(KN•m)
V(KN)
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
A轴
B轴
C轴
1
1268
2012
1544
183
130
258
60
62
58
2
1342
2100
1627
214
163
288
72
78
67
3
1418
2250
1706
248
195
315
81
86
74
4
1496
2360
1782
274
228
353
93
95
88
5
1584
2435
1863
306
251
386
104
108
96
6
1667
2448
1945
334
284
423
112
117
108
7
1741
2562
2028
369
315
462
125
124
116
8
1823
2674
2104
391
346
491
133
136
128
9
1995
2783
2181
425
375
523
142
147
138
10
2078
2866
2245
455
402
557
156
153
149
一.设计资料:
B轴柱底荷载
柱底荷载效应标准组合值FK=1873KNMK=193KN.MVK=1.8KN
柱底荷载效应基本组合值F=2435KNM=251KN.MV=108KN
持力层为③土层承载力特征值fak=180kg
地下水位深度位于地表下1.5m
框架柱截面尺寸500mm*500mm
室外地坪标高同自然地面,室内外高差450mm
二.基础设计
1选择基础材料
基础采用C25混凝土,HpB235级钢筋,预估基础高度0.84m
2.选择基础埋置深度
取基础底面高时最高取至持力层下0.5m,本设计取③土层为持力层,所以考虑取室外地坪的基础底面为0.5+1.2+0.5=2.2m,基础剖向示意图如下
3.求地基承载力特征值fa
③土层为粘土层e=0.58IL=0.78得ηb=0.3ηd=1.6
1号土层重度r1=18*0.5=9KN/m3
2号土层重度r2=20*1+(20-10)*0.2=22KN/m3
3号土层重度r3=9.4*0.5=4.7KN/m3
由此可得基底以上加权平均重度为rm=r1+r2+r3/2.2=16.23KN/m3
持力层承载力特征值fa为(未考虑宽度修正)
fa=far+ηdrm(d-0.5)=180+1.6*16.23*(2.2-0.5)=224.15KPa
4.初步选择基底尺寸
取荷载标准值Fk=1873KNMk=193KN*mVk=83KN
基础底面积为
Ao=FK/(fa-rad)=1873/(224.15-20*2.2)=10.38m2
ra基础及回填土平均重度,一般取20KN/m2
d按室外地面算起
考虑偏心荷载的影响,基础面积加大范围为(10%-40%)
此处按10%增大面积
A=1.1Ao=1.1*10.38=11.422
将面积增大后,以适当的比例选定基础长度和宽度,宽度b为
b=(1.1~1.3)√fk/n(fa-rGd) ̄
n=l/b基础长宽比,对矩形界面一般取n=1.2~2.0
此处取n=1.5
b=1.1√1873/1.5(224.5-20*2.2)=2.89m
l=A/b=11.42/2.89=3.95m
且b=2.89m<3m不需要对fa修正
5.验算持力层地基承载力
基础和回填土重
Gk=radA=20*2.2*11.42=502.48KN
偏心距为
ek=M/(FK+GK)=(193+83*1.8)/(1873+502.48)=0.11m PKminKmax=(FK+GK)(1±6ek/l)/lb=(1873+502.48/11.42)[1±(6*0.11)/3.95]=280(1±0.17)=327.6232.4 基底应力验算 1/2(PKMAX+PKMIN)=1/2(327.6+232.4)=280>fa=224.15不安全 PKMAX=327.16>1.2fa=268.98不安全 因此,重新设计尺寸。 6.重新设计基地尺寸 中心荷载作用基底面积计算同前Ao=10.38m2 考虑偏心不利影响 加大基础底面积20% A=1.2Ao=12.456m2 取b=2.89ml=4.31m Gk=dArG=12.456*2.2*20=548.06KN PKMAXKMIN=[(Fk+Gk)*(1±6eK/l)]/l*b=224.13/164.61 基地应力验算 1/2(Pkmax+Pkmin)=1/2(224.13+164.61)=194.37KN Pkmax=224.13<1.2fa=268.98安全 故确定l=4.31mb=2.89m 7计算基底净反力 取柱底载荷基本组合体F=2435KNM=251KN.mV=108KN *净偏心距为eno=M/N=251+108*0.8/2435=0.14m 基础边缘处的最大和最小净反力为PNMAXNMIN=F[1±(6eno/l)]/lb=195.49(1±0.20)=234.59Kpa156.39Kpa 8基础高度(采用阶梯形基础) 柱边基础截面抗冲切验算 ①基础交接处②基础变阶处 4①l=4.31b=2.89bt=at=0.5m 取2个台阶每个420mmho=h-40=840-40=800mm(有垫层),则 ab=at+2h0=0.5+2*0.80=2.10m am=(at+ab)/2=(500+2100)/2=1300mm 因偏心变压Pn取Pnmax=234.59Kpa Fl=Pnmax[(L/2-at/2-ho)]b-(b/2-bt/2-ho)2] =234.59[(4.31/2-0.5/2-0.80)2.89-(2.89/2-0.5/2-0.80)2] =234.59(3.19-0.16)=710.81KN 抗冲切力为0.7Bhpftamho=0.7*1.0*1.27*103*1.3*0.8=924.56KN>Fl满足要求 ②at=b1=1.6ma1=2.10h01=410-40=370mm 所以ab=at+2h01=1.6+2*0.37=2.34m 取ab=2.34m am=(at+ab)/2=(1.6+2.34)/2=1.97m 冲切力为Fl=Pnmax[(l/2-a1/2-h01)b-(b/2-b1/2-h01)2] =234.59[(4.31/2-2.10/2-0.37)2.89-(2.89/2-1.6/2-0.37)2] =234.59(2.12-0.08)=478.56KN 抗冲切力为0.7Bhpftamho=0.7*1.0*1.27*103*1.97*0.37=648.00>FL满足需求 9.配筋的计算 选用HPB23级钢筋fy=210N/nm2 (1)对于I-I截面柱边净反力为 PnΙ=Pnmin+(1+ac)/2l(Pnmax-Pnmin)=156.39+(1+0.5)*(234.59- 156.39)/2*4.31 =156.39+0.17*78.2=169.68Kpa 悬臂部分净反力平均值 1/2(Pnmax+PnI)=1/2(234.59+169.68)=202.14Kpa 弯矩为MI=1/24[(Pnmax+PnI)/2](l-ac)2(2b+bc) =1/24(234.59+169.68/2)(4.31-0.5)2(2*2.89+0.5)=768.01KN.m AsI=MI/(0.9fyho)=768.01*106/0.9*210*800=5079.43nm2 对于III—III截面 PnIII=Pnmin+l+a1/2l(Pnmax-Pnmin)=156.39+(1+1.95)*(234.59-156.39)/2*4.31 =183.15 MIII=(Pnmax/2+PnIII)(l-a1)2(2b+b1)/24 =(234.59/2+183.15)(4.31-2.10)2(2*2.89+1.6)/24 =300.45*4.88*7.38/24 =450.86KN.m AsIII=MIII/0.9fyh01=450.86*106/0.9*210*370=6447.30nm2 比较AsI和AsIII配筋,实际配筋Φ22@120则钢筋根数 n=2890/120+1=25 As=304.1*25=7602.5mm2>7460.76mm2 (2)基础短边方法,因为该基础受单向偏心荷载所以在基础短边方向基底反力可按均布分布计算 Pn=1/2(Pnmax+Pnmin)=1/2(234.59+156.39)=195.49KPa 对于II—II截面(柱边) MII=Pn*(b-bc)2(2l+ac)/24=195.49*(2.89-0.5)2(2*4.31+0.5)/24=460.58KN.m AsII=MII/0.9fyho=460.58*106/0.9*210*800=3046.16mm2 对于IV-IV截面(变阶处)有 MIV=Pn(b-b1)2(2l+a1)/24=195.49(2.89-1.6)2(2*4.31+2.10)/24 =8.15*1.66*10.72=145.03KN.m AsIV=Mw/0.9fyho1=145.03*106/0.9*210*370=2073.93mm2 比较AsII和AsIV选用AsII配进实际配Φ16@175 N=4310/175+1=26 As=114.9*26=2989.4≈3046.16mm2 10.确定配筋大样图 11确定A.C两轴柱子基础底面尺寸 5#A.C两柱基础底荷载如下 A轴FK=1218KNMK=235KN.mVk=80KN C轴Fk=1433KNMk=297KN.mVk=74KN 由前面计算得持力层承载力特征值fa=224.15Kpa 计算基础和回填土重Gk时d=2.2mA轴基础底面积为 Ao=Fk/fa-rad=1248/224.15-20*2.2=6.93m2 基础底面积按20%增大即 A=1.2Ao=1.2*6.93=8.31 初步选定A=2.8*3.0=8.4m2>A且b=2.8m不需对fa修正 C轴基础底面积为 Ao=Fk/fa-rad=1433/224.15-20*2.2=7.95mm2 按20%对基础面积增加 A=1.2Ao=9.55m2 初步选定A=3.2*3.0=9.6>9.55,且b=3m不需对fa修正 12验算持力层地基承载力 对A轴基础和回填土重 Gk=radA=20*2.2*8.4=369.6KN 偏心距ek=M/Fk+Gk=235+80*0.8/1218+369.6=0.19 PkmaxKMIN=(Fk+Gk)*(1±6ek/l)=(1218+369.6)(1±6*0.19/3.0)/8.4 =189(1±0.38)=260.82KPa—117.18KPa 1/2(Pkmax+Pkmin)=1/2(260.82+117.18)=189<224.15 Pkmax=260.82<1.2fa=268.98KPa 所以最后确定基础长3.0m宽2.8m 对于C轴 Gk=radA=20*2.2*9.6=422.4KN ek=M/Fk+Gk=297+74*0.8/(1433+422.4)=0.19m Pkmaxkmin=(Fk+Gk)(1±6ek/L)/A=(1433+422.4)(1±*0.19/3.2)/9.6 =193.27(1±0.36)=262.85KPa—123.69KP 1/2(Pkmax+Pkmin)=1/2(262.85+123.69)=193.27KPa Pkmax=262.85<1.2fa=268.98KPa 所以取后确定基础长3.2m宽3.0m 13,图纸绘制
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